MOS管各类泄露电流的缘由阐发-KIA MOS管
信息来历：本站 日期：2023-04-10
MOS 晶体管正在按比例削减，以最大限制地进步其在集成电路内的封装密度。这致使氧化层厚度的削减，进而下降了 MOS 器件的阈值电压。在较低的阈值电压下，泄露电流变得很大，并有助于功耗。这便是为甚么咱们必须领会 MOS 晶体管中各类范例的泄露电流的缘由。
MOS晶体管布局由金属、氧化物和半导体布局（是以，MOS）构成。
斟酌具备 p 衬底和 n+ 分散阱作为漏极和源极度子的 NMOS 晶体管。氧化层由SiO 2制成并发展在漏极和源极之间的沟道上。栅极度子由n+搀杂的多晶硅或铝制成。
在无偏置前提下，漏极/源极和衬底界面处的 pn 结是反向偏置的。晶体管的能带图如图2所示。
图 2. 无偏 NMOS 晶体管的能带图
如您所见，金属、氧化物和半导体的费米能级彼此对齐。因为氧化物-半导体界面处的电压降，Si 能带存在曲折。内建电场的标的目的是从金属到氧化物再到半导体，电压降的标的目的与电场的标的目的相反。
这类电压降是因为金属和半导体之间的功函数差别而产生的（局部电压降产生在氧化物上，其他局部产生在 Si-SiO 2界面上）。功函数是电子从费米能级逃逸到自在空间所需的能量。
堆集
接上去，假定栅极有负电压，源极的漏极和衬底接地。因为负电压，基板中的空穴（大都载流子）被吸收到外表。这类景象称为堆集。衬底中的多数载流子（电子）被推回深处。对应的能带图以下。
图 3.栅极度负电压 NMOS 晶体管的能带图
因为电场的标的目的是从半导体到氧化物再到金属，以是能带向相反标的目的曲折。另外，请注重费米能级的变更。
耗尽和耗尽区
或，斟酌栅极电压恰好大于零。空穴被排挤回基板中，并且通道耗尽了任何挪动电荷载流子。这类景象称为耗尽，并建立了比无偏前提更宽的耗尽地区。
因为电场是从金属到氧化物再到半导体，以是能带向下曲折。
外表反转
若是进一步增添栅极处的正电压，则衬底中的多数载流子（电子）被吸收到沟道外表。这类景象称为外表反转，而外表恰好反转的栅极电压称为阈值电压 (V th )。
电子在源极和漏极之间构成一个传导通道。若是随后从零电位起头增添漏极电压，则漏极电流 (I d ) 起头在源极和漏极之间活动。能带进一步向下曲折并在半导体-氧化物界面处曲折。
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